CN111015361B

CN111015361B - 一种主轴运转设备及其主轴运转检测机构

Info

Publication number: CN111015361B
Application number: CN201911329904.8A
Authority: CN
Inventors: 刘又世; 王永强
Original assignee: Shiyan Taixiang Industry Co ltd
Current assignee: Shiyan Taixiang Industry Co ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: CN111015361A

Abstract

本发明涉及一种主轴运转设备及其主轴运转检测机构，该设备包括机床本体、PLC控制器、主轴电机、动力头主轴和主轴运转检测机构；主轴电机与机床电控系统电连接且动力输出端安装有主皮带轮；动力头主轴的动力输入端安装有从皮带轮；主皮带轮与从皮带轮之间通过皮带连接；该主轴运转检测机构包括码盘、传感器固定支架和电感式无触点传感器；码盘安装于动力头主轴的动力输入端，其位于从皮带轮的轴向一侧并与从皮带轮同轴安装；传感器固定支架固定在位于从皮带轮一侧的龙门架的上部；传感器匹配安装于传感器固定支架上且与机床电控系统电连接。本发明结构设计简单、合理，能对动力头主轴的运转状态进行实时、快速、精准、稳定的检测和响应。

Description

一种主轴运转设备及其主轴运转检测机构

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种主轴运转设备及其主轴运转检测机构。

背景技术

目前在机械加工领域，设备主轴的运转状态决定了是否可以提供连续稳定的动力对零件进行持续加工，当主轴出现异常时，如主轴遇到各种未预见的原因而突然停止，或主轴转速不在设定区间，若没有被及时检测并采取相应的措施，将会引发极大的安全事故和质量风险，如撞刀、设备主轴或夹具损坏，零件报废等损失。

目前常用的数控车床和加工中心均采用编码器来检测主轴转速，成本相对较高，结构复杂，安装和维修难度大，而且对工作环境要求苛刻。然而，对于现有的非标设备，由于成本投入预算紧张且设备工作环境较为恶劣，继续使用编码器来对设备主轴的运转状态进行检测的话，不仅提高了生产加工成本，而且编码器在恶劣环境下无法进行实时、快速、精准、稳定的检测和响应，使用过程中一旦出现故障就会给整个设备的正常运行带来严重影响，将会引发极大的安全事故和产品质量风险。

因此，有必要研发一种结构简单，成本低，安装和维修方便，使用稳定可靠，能适应恶劣的工作环境，可广泛应用于自动化设备和自动化生产线的的主轴运转检测机构。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出了一种能对动力头主轴的运转状态进行实时、快速、精准、稳定的检测和响应，能适应恶劣的工作环境，可广泛应用于自动化设备和自动化生产线的主轴运转设备及其主轴运转检测机构。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的主轴运转设备，包括机床本体、机床电控系统、主轴电机和动力头主轴；所述机床本体包括工作台和匹配设置于所述工作台一端上部的龙门架；所述主轴电机和动力头主轴匹配安装于所述龙门架上部；所述主轴电机与所述机床电控系统电连接；所述主轴电机的动力输出端匹配安装有主皮带轮；所述动力头主轴的动力输入端匹配安装有从皮带轮；所述主皮带轮与所述从皮带轮之间通过皮带匹配连接；所述设备还包括匹配设置于所述动力头主轴的动力输入端一侧的主轴运转检测机构；所述主轴运转检测机构包括码盘、传感器固定支架和电感式无触点传感器；所述码盘匹配安装于所述动力头主轴的动力输入端，其位于所述从皮带轮的轴向一侧并与所述从皮带轮同轴安装；所述传感器固定支架匹配固定在位于所述从皮带轮一侧的所述龙门架的上部；所述传感器匹配安装于所述传感器固定支架上，其一端指向所述码盘的径向一侧，另一端与所述机床电控系统电连接。

所述主轴运转设备，其中：所述码盘为圆盘状结构，其外圆周均匀分布有大小完全相同的凸面和凹面；所述凸面和所述凹面彼此相邻间隔分布。

所述主轴运转设备，其中：所述码盘的圆心沿轴向贯通开设有安装孔并通过所述安装孔匹配安装于所述动力头主轴的动力输入端；所述码盘在位于所述安装孔外围的区域均匀开设有减重孔。

所述主轴运转设备，其中：所述机床电控系统包括PLC控制器和人机界面；所述人机界面与所述PLC控制器电连接。

所述主轴运转设备，其中：所述传感器采用电感式无触点传感器且与所述PLC控制器电连接。

所述主轴运转设备，其中：所述机床本体还包括导轨、滑台、夹具和滑台伺服电机；所述导轨匹配设置于所述工作台的顶面；所述滑台滑动安装于所述导轨上；所述滑台伺服电机匹配设置于所述工作台的顶面一端，其动力输出端与所述滑台匹配连接；所述滑台在所述滑台伺服电机驱动下沿所述导轨移动；所述夹具匹配安装于所述滑台的上部且通过电磁阀连接外部气源，所述电磁阀与所述PLC控制器电连接，所述夹具在所述PLC控制器控制下实现工件的夹紧与松开。

上述的主轴运转设备的主轴运转检测机构，匹配设置于主轴运转设备的动力头主轴的动力输入端一侧；所述主轴运转检测机构包括码盘、传感器固定支架和电感式无触点传感器；所述码盘匹配安装于动力头主轴的动力输入端，其与安装在动力头主轴的动力输入端上的从皮带轮同轴安装；所述传感器固定支架匹配固定在位于从皮带轮一侧的主轴运转设备的机床本体的龙门架上部；所述传感器匹配安装于所述传感器固定支架上，其一端指向所述码盘的径向一侧，另一端与主轴运转设备的机床电控系统电连接。

所述主轴运转设备的主轴运转检测机构，其中：所述码盘为圆盘状结构，其外圆周均匀分布有大小完全相同的凸面和凹面；所述凸面和所述凹面彼此相邻间隔分布。

所述主轴运转设备的主轴运转检测机构，其中：所述码盘的圆心沿轴向贯通开设有安装孔并通过所述安装孔匹配安装于所述动力头主轴的动力输入端；所述码盘在位于所述安装孔外围的区域均匀开设有减重孔。

所述主轴运转设备的主轴运转检测机构，其中：所述传感器采用电感式无触点传感器。

有益效果：

本发明主轴运转设备及其主轴运转检测机构结构设计简单、合理，运行稳定可靠，尤其通增设主轴运转检测机构可以实时对动力头主轴的运转状态进行检测，具有高精度、低延时、稳定性好、防水防尘、抗震动、耐噪音等优点，能对动力头主轴的运转状态进行实时、快速、精准、稳定的检测和响应，成本低，能适应于恶劣的工作环境，并且易安装、易推广，可广泛应用于自动化设备和自动化生产线。

附图说明

图1为本发明主轴运转设备的结构示意图；

图2为本发明主轴运转设备的主轴运转检测机构的局部结构示意图；

图3为本发明主轴运转设备的主轴运转检测机构的码盘的结构示意图；

图4为本发明主轴运转设备的主轴运转检测机构的检测流程图；

图5为本发明主轴运转设备的动力头主轴运转时机床电控系统的人机界面上检测子程序的工作流程图。

具体实施方式

如图1至3所示，本发明主轴运转设备，包括机床本体1、主轴电机2、动力头主轴3、主轴运转检测机构4和机床电控系统。

该机床电控系统包括PLC控制器和人机界面；该人机界面与PLC控制器电连接。

该机床本体1包括工作台11、龙门架12、导轨13、滑台14、夹具15和滑台伺服电机16；其中，该工作台11置于地面，该龙门架12匹配设置于该工作台11的一端顶面；该导轨13匹配设置于该工作台11的顶面；该滑台14滑动安装于该导轨13上；该滑台伺服电机16匹配设置于该工作台11的上部一端，其动力输出端与滑台14匹配连接；该滑台14工作时在滑台伺服电机16驱动下，沿着导轨13左右移动。该夹具15匹配安装于该滑台14的上部且通过电磁阀连接外部气源；该电磁阀与机床电控系统的PLC控制器电连接，该夹具15在PLC控制器的控制下实现工件的夹紧与松开。

该主轴电机2成倒置匹配安装于该龙门架12的上部一侧，其动力输出轴向上伸出且伸出端安装有主皮带轮5；该主轴电机2与机床电控系统的PLC控制器电连接。

该动力头主轴3匹配安装于该龙门架12的上部另一侧，其上端为动力输入端且匹配安装有从皮带轮6；该从皮带轮6与主皮带轮5之间通过皮带7匹配连接。

该主轴运转检测机构4匹配安装于该动力头主轴3的动力输入端一侧，其包括码盘41、传感器固定支架42和电感式无触点传感器43。

该码盘41匹配安装于该动力头主轴3的动力输入端，其位于从皮带轮6轴向一侧并与从皮带轮6同轴安装；其中，该码盘41为圆盘状结构，其外圆周均匀分布着12个大小完全相同的凸面411和凹面412，该12个凸面411和12个凹面412相邻间隔分布；该码盘41的圆心沿轴向贯通开设有安装孔413并通过安装孔413匹配安装于该动力头主轴3的动力输入端，该码盘41在位于安装孔413的外围区域均匀开设有四个减重孔414。

该传感器固定支架42匹配固定于该从皮带轮6一侧的龙门架12上部。

该传感器43采用电感式无触点传感器且匹配安装于该传感器固定支架42上，其一端指向码盘41的径向一侧，另一端与机床电控系统的PLC控制器电连接；传感器43与码盘41有1mm距离，不直接接触，码盘41安装在动力头主轴3的动力输入端上并与动力头主轴3同轴平行运转。启动本发明主轴运转设备，主轴电机2运转，通过主皮带轮5、从皮带轮6和皮带7带动动力头主轴3运转，固定在动力头主轴3上的码盘41随之运转，码盘41旋转，传感器43感应到信号后反馈给机床电控系统的PLC控制器，传感器43通过感应码盘41的凸面411和凹面412的时间变化，反馈规律的脉冲信号给机床电控系统的PLC控制器；通过设定传感器43检测到码盘41的凸面411和凹面412的旋转时间范围来判定动力头主轴3的运转状态，机床电控系统的PLC控制器进而控制本发明主轴运转设备的停转和三色灯的报警信息。

该机床电控系统的PLC控制器中搭载有检测子程序，与PLC连接的人机界面中增加了一个参数观察和设定页面；如图5所示，该检测子程序的功能：检测电感式无触点传感器X7在与码盘41的凸面411接触时发出信号“1”，在与码盘41的凹面412接触时发出信号“0”，这两个信号各驱动一个时间继电器，当相应的信号时间超过了预设值时，时间继电器触发输出报警给机床电控系统。

本发明主轴运转设备的主轴运转检测机构4的工作原理：

本发明主轴运转设备启动后，动力头主轴3根据设定的转速旋转，固定在动力头主轴3上的码盘41也随之运转，利用码盘41的特殊结构，通过传感器43检测码盘41的凸面411和凹面412从始点到终点所用的时间，与设定时间进行对比，转换成对应的电信号，由机床电控系统的PLC控制器判别动力头主轴3运转状态，从而控制本发明主轴运转设备的运转。

下面结合具体实施例，对该主轴运转检测机构4的具体检测过程作进一步描述：

码盘41上分布着12个大小完全相同的凸面411和凹面412，以任何一个相邻的凸面411和凹面412为例说明，如图3所示，点位a和点位b表示为一个凸面411的检测起点和检测终点，从点位a旋转到点位b，传感器43感应的微小时间范围设定为T1；点位b和点位c表示为一个凹面412的检测起点和检测终点，从点位b旋转到点位c，传感器43感应的微小时间范围设定为T2；

T1和T2为目标设定值，根据工艺需求进行设定一定的时间范围；动力头主轴3在实际运转过程中，当传感器43感应到码盘41的凸面411和凹面412从检测起点到检测终点的实际时间分别在T1和T2的范围之内，表示动力头主轴3运转正常；当检测到的实际时间分别在T1和T2的范围之外，表示动力头主轴3运转异常，此时传感器43反馈信号给机床电控系统的PLC控制器后，立即控制本发明主轴运转设备停止等其它预设响应步骤，同时本发明主轴运转设备预警，告知操作人员。

如图4所示，该主轴运转检测机构4在应用中，电感式无触点传感器X7正对码盘41的凸面411时，给PLC发出“1”信号，正对码盘41的凹面412时发出“0”信号，检测到的“1”、“0”脉冲的时间各在10ms左右；图5是在人机界面显示器中增加的动力头主轴3旋转状态页面，其中“1”脉冲周期和“0”脉冲周期显示检测到的“1”信号和“0”信号脉冲时间，检测到的脉冲时间加上20%允许误差作为设定值，在控制页面中输入设定相应周期，在本发明主轴运转设备中设定的允许周期为12ms；如果皮带7损坏等原因造成动力头主轴3停转，“1”、“0”之间就不能及时互相转换，机床电控系统的PLC控制器判断超过“1”、“0”信号转换周期2ms，还没转换就会报警，停止设备运行；在滑台14工进速度8mm/s情况下，滑台14进给量0.016mm，动力头主轴3停转机床电控系统的PLC控制器检测发出报警信号前，不会对刀具、机床本体1等造成损害；如果本发明中的电感式无触点传感器X7异常损坏不能及时检测的极限情况下，延时也只有12ms，滑台14在动力头主轴3停转后进给0.096mm，只会造成有一片刀挤上零件，不至于损坏其它，因此具有较高精度、低延时、稳定性好、防水防尘、抗震动、耐噪音等优点。

该主轴运转检测机构4中使用的传感器43、码盘41和机床电控系统的PLC控制器均为成熟、稳定电气产品，选用的传感器43本身具有防水防尘特性，耐电噪音干扰，传感器43与码盘41有1mm距离，不直接接触，码盘41安装在动力头主轴3的动力输入端上并与动力头主轴3同轴平行运转，故能抗震动。

本发明具有较高精度、低延时、稳定性好、防水防尘、抗震动耐噪音等优点，能对动力头主轴的运转状态进行实时、快速、精准，稳定的检测和响应，能适应恶劣的工作环境。

Claims

1.一种主轴运转设备，包括机床本体、机床电控系统、主轴电机和动力头主轴；所述机床本体包括工作台和匹配设置于所述工作台一端上部的龙门架；所述主轴电机和动力头主轴匹配安装于所述龙门架上部；所述主轴电机与所述机床电控系统电连接；所述主轴电机的动力输出端匹配安装有主皮带轮；所述动力头主轴的动力输入端匹配安装有从皮带轮；所述主皮带轮与所述从皮带轮之间通过皮带匹配连接；其特征在于：所述设备还包括匹配设置于所述动力头主轴的动力输入端一侧的主轴运转检测机构；

所述主轴运转检测机构包括码盘、传感器固定支架和电感式无触点传感器；所述码盘匹配安装于所述动力头主轴的动力输入端，其位于所述从皮带轮的轴向一侧并与所述从皮带轮同轴安装；所述传感器固定支架匹配固定在位于所述从皮带轮一侧的所述龙门架的上部；所述传感器匹配安装于所述传感器固定支架上，其一端指向所述码盘的径向一侧，另一端与所述机床电控系统电连接；

所述码盘为圆盘状结构，其外圆周均匀分布有大小完全相同的凸面和凹面；所述凸面和所述凹面彼此相邻间隔分布；

所述机床电控系统包括人机界面和PLC控制器；所述人机界面与所述PLC控制器电连接，并设有参数观察和设定页面；所述PLC控制器控制所述设备的停转和报警信息，并搭载有检测子程序；所述检测子程序检测所述传感器在与所述码盘的凸面接触时发出信号“1”，在与所述码盘的凹面接触时发出信号“0”，这两个信号各驱动一个时间继电器，当相应的信号时间超过了预设值时，时间继电器触发输出报警信息。

2.如权利要求1所述的主轴运转设备，其特征在于：所述码盘的圆心沿轴向贯通开设有安装孔并通过所述安装孔匹配安装于所述动力头主轴的动力输入端；所述码盘在位于所述安装孔外围的区域均匀开设有减重孔。

3.如权利要求1所述的主轴运转设备，其特征在于：所述传感器采用电感式无触点传感器且与所述PLC控制器电连接。

4.如权利要求1所述的主轴运转设备，其特征在于：所述机床本体还包括导轨、滑台、夹具和滑台伺服电机；所述导轨匹配设置于所述工作台的顶面；所述滑台滑动安装于所述导轨上；所述滑台伺服电机匹配设置于所述工作台的顶面一端，其动力输出端与所述滑台匹配连接；所述滑台在所述滑台伺服电机驱动下沿所述导轨移动；所述夹具匹配安装于所述滑台的上部且通过电磁阀连接外部气源，所述电磁阀与所述PLC控制器电连接，所述夹具在所述PLC控制器控制下实现工件的夹紧与松开。

5.一种如权利要求1至4任意一项所述的主轴运转设备的主轴运转检测机构，其特征在于：所述主轴运转检测机构匹配设置于主轴运转设备的动力头主轴的动力输入端一侧；所述主轴运转检测机构包括码盘、传感器固定支架和电感式无触点传感器；所述码盘匹配安装于动力头主轴的动力输入端，其与安装在动力头主轴的动力输入端上的从皮带轮同轴安装；所述传感器固定支架匹配固定在位于从皮带轮一侧的主轴运转设备的机床本体的龙门架上部；所述传感器匹配安装于所述传感器固定支架上，其一端指向所述码盘的径向一侧，另一端与主轴运转设备的机床电控系统电连接；

所述码盘为圆盘状结构，其外圆周均匀分布有大小完全相同的凸面和凹面；所述凸面和所述凹面彼此相邻间隔分布。

6.如权利要求5所述的主轴运转设备的主轴运转检测机构，其特征在于：所述码盘的圆心沿轴向贯通开设有安装孔并通过所述安装孔匹配安装于所述动力头主轴的动力输入端；所述码盘在位于所述安装孔外围的区域均匀开设有减重孔。

7.如权利要求5所述的主轴运转设备的主轴运转检测机构，其特征在于：所述传感器采用电感式无触点传感器。